水松保育研究和珍稀植物DNA条形码分析

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珍稀植物是物种多样性的重要组成部分,对其准确分类鉴定是保护生物学的一项重要基础内容。水松(Glyptostrobus pensilis(Staunton ex D.Don)K.Koch)是第三纪孑遗植物,也是我国Ⅰ级重点保护和极小种群野生植物之一,由于近年生境的破碎和退化,许多水松群落的生长现状不容乐观,其种群急需得到恢复。为此,开展水松的保育研究可以为将来的保护实践提供理论指导。此外,由于对珍稀植物的营养体或生物制品无法进行准确鉴定,本文应用DNA条形码(DNA Barcoding)技术对珍稀植物的系统学片段进行了分析,以获取有效的特征片段,为公安和司法等提供广泛的社会服务。因此,本论文开展了我国水松的保护生物学研究,并对分布在广东省的主要珍稀植物进行了条形码分析,以期为我国的保育工作提供数据支撑。  通过对广州和全国范围内的水松种群进行调查,并采用系统发育多样性(Phylogenetic Diversity,PD)对水松群落进行分析,结果表明,广州市野生水松古树在近50年间快速消亡,现仅存8个种群共14株个体于增城区与从化区,种群个体少,无法进行自然更新;水松长期未得到科学合理的保护,如不采取有效保育措施,生存压力将导致大部分种群快速死亡。对分布于广东、福建、江西、湖南和香港的42个水松群落共计244株个体的系统发育多样性指数分析表明,系统发育多样性指数对水松的保护情况有一定的指示性,人为干扰对所在群落的影响越严重,则种群的健康状况愈差;具有较高PD水平的群落内的水松种群往往状况良好;入侵物种的存在会使群落系统发育结构聚集。因此,本研究结合调查情况对广州市水松种群的种质资源保护提出了建议,在对水松种群进行保护时,要尽量减少群落中人为的恶性干扰因素和外来植物的入侵威胁,维持群落的系统发育的多样性,以增强水松种群和个体的健康水平,从而提高水松种群的抵抗力和恢复力稳定性。本研究结果对弄清我国水松的资源现状及其变化动态提供了详实的资料,并为水松的物种保护与恢复实践提供理论指导。  珍稀植物的保护依赖于物种的鉴定,DNA条形码(DNA barcoding)是利用标准的DNA片段进行物种的鉴定,可对植物进行有效的区分。本研究分析了DNA条形码技术在珍稀植物鉴定中的可行性,研究材料包括26科39属的43个物种,共获得535条序列,统计了四个片段(rbcL,matK,ycf1,ITS)的PCR成功率与测序成功率,采用遗传距离法,序列相似性法和基于系统树构建的分析方法,讨论了DNA条形码片段在珍稀植物中的物种鉴定能力。结果表明,rbcL和matK的序列获得率高,而ITS和ycf1序列获得率低。在珍稀植物范围内,各序列的种内距离都远小于种间距离;各片段都能在NJ树中区分80%以上的物种,在TaxonDNA法中鉴定成功率都达到90%以上,在科属之间的区分易于解决,但在同属近缘种之间的区分还存在困难。为探讨DNA条形码在属下的分辨能力,本研究选取包含珍稀植物的七个大属(冬青属、锥属、菠萝蜜属、樟属、楠属、木兰属、巴戟天属),在GenBank下载921条同属近缘种序列,讨论条形码片段在属内的物种分辨率,并在冬青属和锥属中进行了片段组合的分析。结果表明,冬青属和锥属中各片段的单片段分辨率都很低,而片段组合的方案并没有显著提高序列的鉴定成功率。以上几个类群中rbcL的分辨率为0-26%,matK的分辨率为20%-50%;ITS的分辨率在冬青属中较低(43.9%),在巴戟天属、菠萝蜜属、樟属中达到60%-80%。psbA-trnH,在冬青属、锥属、巴戟天属、樟属中分辨率均低于40%,在木兰属、菠萝蜜属、楠属中相对较高(60%-80%)。针对其它可能作为条形码片段的系统学序列,在GenBank上作了广泛的搜索,下载序列共计811条,分析结果表明目前的片段暂不足以作为属内近缘同域种的条形码序列。DNA条形码的研究为珍稀植物的分子条形码鉴定提供了重要的数据资料和有利的工具,但对于一些类群还有待于进行深入研究。
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